| 研究課題/領域番号 |
21K04476
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分24010:航空宇宙工学関連
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
石井 一洋 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (20251754)
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| 研究分担者 |
片岡 秀文 大阪公立大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (10548241)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 航空宇宙工学 / 推進機関 / デトネーション / 衝撃波 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
回転デトネーションエンジン（Rotating Detonation Engine、以下RDE）は、次世代航空宇宙用エンジンとして世界各国で研究開発が行われているが、RDE動作モードを支配する普遍的なパラメータは未だ確定しておらず、これは、主として燃焼器内における推進剤の混合状態がRDE毎に異なることに起因している。
本研究では、インジェクター構造の異なる複数のRDEに対して燃料濃度を実測することで、インジェクター性能が推進性能および動作モードに及ぼす影響を明らかにする。これにより、RDE開発に必要不可欠な、推力・比推力を定量的に予測可能な普遍的物理モデルを構築する。
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| 研究実績の概要 |
回転デトネーションエンジン（RDE）は、環状燃焼器の周方向にデトネーションを回転・定在させるものであり、次世代航空宇宙用エンジンとして世界各国で研究開発が行われている。しかしながらRDE動作モードを支配するパラメータは確定しておらず、これは主として燃焼器内における燃料濃度分布が燃焼器毎に異なることに起因している。
本研究は、インジェクター部の燃料濃計測により、インジェクター性能がRDEの推進性能および動作モードに及ぼす影響を明らかにし、推力性能を予測するモデル構築を行うことを目的としている。
本年度は、光ファイバーを使用せずにレーザー光を直接燃焼器に導くことでレーザー強度の減衰を防ぎ、燃料濃度計測時のSN比向上を図った。またHITRANデータベースを活用することで、燃焼器内の局所当量比分布を精度良く求めることに成功した。その結果、一時的な燃料供給不足が回転デトネーション波不安定性を誘起することがわかった。
なお、燃焼実験時に石英製燃焼器が破損し再製作したため、新規インジェクター製作に必要な予算が不足した。このため、RDE性能予測に必要となる熱流束計測を、応答性が1 μs以下の同軸型熱電対を用いて行った。その結果、デトネーション波通過時の瞬時熱流束は波頭数によらず約20～30 MW/m2であり、下流ほど小さくなることわかった。また、質量流量が増加するほど時間平均熱流束が増加することがわかった。
さらに、損失項と化学反応に基づく回復項を加えた1次元非圧縮性Burgers方程式により、回転デトネーション波の各種モードを表現することができた。このモデルと、昨年度に構築したレイリー流れとファノー流れを組み合わせた1次元流れモデルとの併用により、推力を精度良く予測することに成功した。
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